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L aboratoire d’ E tudes et de R echerches sur le Ma tériau B ois. Foued Aloui. Contexte de l’étude. Projet AUVIB « Mise au point de nouvelles formulations à base d’absorbeurs UV inorganiques visant à limiter la photodégradation du bois ». Réseau RNMP (Réseau national matériaux procédés) - PowerPoint PPT Presentation
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1Foued Aloui
Rôle des absorbeurs UV inorganiquesdans la photostabilisation des systèmes
bois-finition transparente
Laboratoire d’Etudes et de Recherches sur le Matériau Bois
2
Contexte de l’étude
Projet AUVIB « Mise au point de nouvelles formulations à base d’absorbeurs UV inorganiques visant à limiter la photodégradation du bois »
Partenaires industriels : Lapeyre, Rhodia et Sayerlack
Partenaires recherche
- Groupe matériaux (IMN Nantes, ICMCB Bordeaux, LVC Rennes et LIMHP Paris)
- Groupe application (ESB Nantes et LERMAB Nancy)Objectifs Lermab
- Application des produits sur le bois
- Tests des performances de photostabilisation
- Comportements des absorbeurs UV
Réseau RNMP (Réseau national matériaux procédés)
Ministère de l’industrie
3
1. Origine et impact de la dégradation du bois
2. Stratégies de photostabilisation
Sommaire
Introduction
Etude de cas et performances
Comment influent les absorbeurs UV sur la photostabilisation ?1. Protection UV
2. Influence des absorbeurs UV sur le comportement photochimique3. Influence sur les propriétés physico-mécaniquesConclusions-questions sans réponse et perspectives
1. Nouvel absorbeur UV minéral
2. Vieillissement et performances de photostabilisation
Introduction
4
Agressions climatiquesO2 - h - T - H2O – Polluants-
Etc.
Effets du vieillissementChangement de couleur –
craquelage- écaillage - érosion – déformation, décollement
2 ans
1. Origine et impact de la dégradation du bois
5
Photo-oxydation du bois et de la finitionPhénomène dû en grande partie au
rayonnement solaire, l’eau et à
l’oxygène :
FORMATION :- radicaux par coupure de chaînes ou transfert de proton- peroxydes et hydroperoxydes par oxydation- réseaux plus réticulés- produits de dégradation colorés et souvent hydrophiles
Photodégradation : Comment ?
6
Assurer la protection d’un ouvrage tout en conservantl’aspect de surface ( naturel ou initial) du bois lors d ’un vieillissement climatique.
Aspect de surface = ensemble des impressions visuellesprovoquées par la surface apparente du bois
But d’une finition transparente
Premier facteur d’appréciation : LA LA COULEURCOULEUR
7
En utilisation intérieure du bois
h O2
bois
h O2X
Finition transparente
bois
Rôle limité dans la protection / rayonnement solaire
8
Jaunissement et assombrissement du boisSont le résultat de processus de photooxydation à la surface du bois, même en conditions intérieures.
9
LA SITUATION ACTUELLE DES MENUISERIES EN BOIS
La problématique en utilisation extérieure
Impossibilité de garantir la pérennité de l’aspect naturel au-delà de quelques années :
RENOVATIONS FREQUENTES
Survie du matériau bois en menuiserie extérieure
↑ PVC (>60%) ↓ BOIS (20%)
Protection efficace indispensable pour améliorer la durabilité
10
• Eviter l’absorption des photons par ajout d’un absorbeur UV :
Composé qui peut absorber fortement dans le même domainespectral que le substrat bois-finition en faisant une réaction photochimique sans conséquences.
2 Stratégies courantes de photostabilisation• Eviter la formation des radicaux par ajout de « quenchers » :
En modifiant chimiquement les groupes photosensibles ou en "piégeant" ces radicaux phénoxyles par des réactions de transfert radicalaire,
2. Stratégies de photostabilisation
11
Piègent les radicaux libres et stoppent ainsi la propagation de l’oxydation durant la dégradation des polymères
- Basicité (problèmes avec les substrats acides),
- Migration, exudation, etc.,
- Durée de vie limitée…
N MeRNMe
Type HALS
(1975)
• Pas d’absorption UV
• La capture des radicaux est indépendante de l’épaisseur des films
• Souvent en combinaison avec les absorbeurs UV organiques
Limites de l’utilisation des HALS…
1ère stratégie : Les Quenchers
12
2ème stratégie : les absorbeurs UV
1- Les absorbeurs UV organiques
2- Les absorbeurs UV inorganiques
13
0
0,5
280 300 320 340 360 380 400 420
l (nm)
Abs
orba
nce
(ua)
R
MeMe
Me Me
O
OH
N
NN
Type triazine
(1990)
N
NN
R2
R1O
R3
Type benzotriazole
(1980)
O O
R1
R3
R2
Type benzophénone
(1970)
NN
O
O H
HR3
R4
R1
R2
Type oxanalide
(1970)
Absorbance=f(, C et l)
Loi de Beer et Lambert
1- Les absorbeurs UV organiques
14
Dissipation de l’énergie dans un cycle de réactions intramoléculaires
P. Hayoz et al. / Progress in Organic Coatings 48 (2003) 297–309
15
- Couverture spectrale limitée (pics d’absorption),
- Faible protection pour les couches de surface ou les couches très minces (loi de Beer et Lambert),
- Photostabilité : dégradation au cours du vieillissement (perte d’absorption, migration)…
Limites des absorbeurs UV organiques courants…
16
Sont des matériaux inertes, utilisés sous forme de petites particules (nanomatériaux) pour absorber et diffuser les rayonnements UV.
Atténuation de la lumière par un absorbeur inorganique
Les absorbeurs UV inorganiques sont des bloquants physiques :
Pour être un absorbeur UV pour les finitions transparentes, ces composés doivent être
opaques dans l’UV, transparents dans le visible et photostables.
2- Les absorbeurs UV inorganiques
17
1. Gap optique (Eg)
Les absorbeurs UV inorganiques sont des nanoparticules semi-conductrices :
- Seule la lumière d’énergie suffisante pourra être absorbée
- Pour absorber les UVA (315-400 nm) Eg3,1eV2. L’indice de réfraction (n)
Quand l’indice de réfraction diminue la réflexion de la lumière visible ↓ (Transparence ↑).
Pour être transparent, n 2
3. La taille des particules et leurs formes
Quand la taille des particules diminue des courtes longueurs d’ondes sont absorbées et une grande transmission dans le visible (la
transparence ↑)4. Qualité de la dispersion
Une meilleure atténuation UV distribution stable des particules et non ré-agglomération
1. Critères physiques
18
2. Critères chimiquesLes absorbeurs UV inorganiques ne doivent pas être photocatalytiques (pas de photodégradation avec le substrat bois ou les vernis)
19
Ces composés sont des absorbeurs UV de première génération (déjà utilisés comme pigments dans les
peintures)…
• L’oxyde de zinc (ZnO)
• Le noir de carbone
• Le dioxyde de titane transparent (TiO2)
• Le dioxyde de cérium (CeO2)
• L’oxyde de fer transparent
Absorbeurs UV inorganiques courants actuels
Oxyde de titane (Oxonica, 2005)
20
But de notre travail : étudier une nouvelle génération d’absorbeurs UV
inorganiques…
• Développement de la nanotechnologie
• Augmentation de la demande industrielle et de la concurrence des marchés
21
1. Origine et impact de la dégradation du bois
2. Stratégies de photostabilisation
Sommaire
Introduction
Etude de cas et performances
Comment influent les absorbeurs UV sur la photostabilisation ?1. Protection UV
1. Influence des absorbeurs UV sur le comportement photochimique3. Influence sur les propriétés physico-mécaniquesConclusions-questions sans réponse et perspectives
1. Nouvel absorbeur UV minéral expérimental2. Vieillissement et performances de photostabilisation
Etude de cas et performances
22
Nous nous intéressons au composé inorganique fourni par le Laboratoire des Verres et des Céramiques de Rennes :
- De formule : Y1,2Ce2,8O7,4
- De Code : RNE FM 19 900
- Synthétisé à partir des nitrates R(NO3)3,6H2O (R=Y, Ce). Trois agents complexants ont été testés :
- Glycine (NH2CH2COOH)- Citrate (C6H8O7)- HMT (Hexaméthylènetétramine
C6H12N4)
Il sera appelé RNE par la suite.
1. Nouvel absorbeur UV minéral expérimental
23
0
20
40
60
80
100
250 350 450 550 650 750
Longueur d'onde (nm)
Ré
flexi
on
diff
use
(%
)
Citrate (900°C)Glycine (900°C)HMT (900°C)
Spectres de réflexion diffuse dans l’UV-visible.
Méthode
l (nm) Eg (eV)
couleur
Sg (m2g-
1)
Citrate 393±33
3,19 Blanc 9
Glycine 384±32
3,31 Blanc 8
HMT 384±48
3,38 blanc 70
Valeurs caractéristiques
Propriétés optiques du RNE synthétisé suivant les 3 méthodes
• Le RNE possède des caractéristiques optiques satisfaisantes
24
Méthode : test photocatalytique à partir de la dégradation du phénol
Propriétés photocatalytiques
Lampe UV
Circulation d’eau
Thermocouple
O2
Suspension : absorbeur + solution aqueuse de phénol
Prélèvements
Suivi par UV-Visible
25
• Pas d’activité photocatalytique dans la dégradation du phénol
0
20
40
60
80
100
200 250 300 350 400 450 500 550 600
Longueur d'onde (nm)
Tra
nsm
issi
on
(%
) t 10 mnt 20 mnt 30 mnt 50 mnt 75 mnt 95 mn
Etape 1 : Dégradation du phénol en présence du RNE
Propriétés photocatalytiques
26
Etape 2 : Dégradation de la catéchine
0
20
40
60
80
100
200 250 300 350 400 450 500 550 600
Longueur d'onde (nm)
Tra
nsm
issi
on
(%
)
t 0 mnt 10 mnt 30 mnt 60 mnt 95 mn
0
20
40
60
80
100
200 250 300 350 400 450 500 550 600
Longueur d'onde (nm)
Tra
nsm
issi
on
(%
)
t 0 mnt 10 mnt 33 mnt 63 mnt 90 mn
(En absence de RNE)
(En présence de RNE)
• La dégradation de la catéchine se produit en absence et en présence du RNE
• Le RNE ne protège pas la catéchine
• Mais la dégradation n’est pas d’origine photocatalytique
(interprétée comme une autocondensation)
Propriétés photocatalytiques
27
0
20
40
60
80
100
200 250 300 350 400 450 500 550 600
Longueur d'onde (nm)
Tra
nsm
issi
on
(%
)
t 0 mnt 20 mnt 40 mnt 60 mnt 80 mnt 110 mn
• Pas de dégradation significative sous UV du vernis (nommé SC 760) en absence du RNE
• Il y a dégradation dès l’ajout du RNE au vernis.
0
20
40
60
80
100
200 250 300 350 400 450 500 550 600
Longueur d'onde (nm)
Tra
nsm
issi
on
(%
)
SC 760 seul (t 0 mn)
t 0 mn
t 10 mn
t 40 mn
t 90 mn
(En présence de RNE )
(En absence de RNE )
Etape 3 : Dégradation d’un vernis
Propriétés photocatalytiques
28
• Possède des propriétés optiques satisfaisantes pour être un filtre UV.
• Ne génère pas de problèmes de photocatalyse en utilisation avec le bois.
Etude de ses performances de photostabilisation en comparaison avec d’autres absorbeurs UV
Le RNE
29
Absorbeurs UV testés
TypeAbsorbeur UV
Abréviation
Génération
À base de % Société
Minéral
RNE FM 19900
RNE 2 Y1,2Ce2,8O7,4 1 LVC
Rhodigard Rhod 2 CeO2 5 Rhodia
Hombitec RM 300
Homb 3 1 TiO2 1Sachtlebe
n
Hombitec RM 400
Homb 4 1 TiO2 1Sachtlebe
n
Oxyde de fer jaune
Ox j 1 FeO 1 Sayerlack
Oxyde de fer rouge
Ox r 1 FeO 1 Sayerlack
Organique
Tinuvin 1130 Tin 1 1Benzotriaz
ole3 Ciba
Tinuvin 5151 Tin 5 1 - 5 Ciba
2. Vieillissement et performances de photostabilisation
30
• Essences de bois : Sapin et chêne
• Finitions en phase aqueuse (Sayerlack):
- d’extérieur : SC 2321/85 à base d’acrylique pure
- d’intérieur : AF 5350 et AF 7240 à base de polyuréthane acrylate
• Isolant - Film barrière aux tannins : vernis acrylique en phase solvant à séchage UV (UCB)
Echantillonnage
31
Tests de vieillissement
Vieillissement artificiel
au QUV
Roue Gardner
Sepap
Vieillissement naturel
32
• Vieillissement avec humidité pour la finition d’extérieur :
• Vieillissement uniquement au rayonnement UV pour les finitions d’intérieur :
- Irradiation UVA-340 nm à 60°C (température sans action en absence d’UV)
Programmes de vieillissement artificiel
Etape Phase Conditions
1 24 h condensation 45°C Lampes éteintes
2,5 h irradiation UVA-340nm 60°C
2
48 foi
s
0,5 h aspersion Lampes éteintes 6 à 7 l/mn
Durée totale d’un cycle 168 h
CTBA, 2003
33
Evaluation de la durabilité
• Mesure dans le système CIEL*a*b* des variations totales de couleur /couleur initiale :
222 *)(*)(*)(* baLE
• Degrés de craquelage (Norme ISO 4628/4 : 0= pas de craquelures visibles, 5= craquelures de largeur 1mm)
• Apparence générale (Appréciation visuelle : 0= pas de changement, 5= changements sévères)
• Rugosité de surface (Toucher : 1 : surface lisse, 3 : surface
très rugueuse)
Les résultats sont quantifiés à partir d’au moins 5 échantillons
34
Application sur l’essence de sapin
35
0 200 400 600 800 10000
5
10
15
20
25
30
E
*
Temps d'exposition UV (h)
Contrôle (sapin) AF 5350 seule 5% Rhod 1% Homb 3 1% Homb 4 3% Tin 1 5% Tin 5 1% RNE 2% Rhod+2% Tin 5
Exposition aux rayonnements UV (finition intérieure)
Variations totales de la couleur E*
• Meilleures stabilisations avec les Tinuvins et l’Hombitec
• Le RNE et le Rhodigard n’ont pas d’influence significative sur la stabilité de la couleur
36
b*+jaune
a*+rouge
T=0
T=845h
T=845h
T=845h
-10
-5
0
5
10
15
20
-4 -2 0 2 4 6 8 10 12
Sapin brut
5% Tin 5
5% Rhod
AF 7240 seule
1% Homb 4
1% Ox j
1% Ox r
Exposition aux rayonnements UV (finition intérieure)
Variations des coordonnées chromatiques (a*, b*)
• Le bois de sapin jaunit tout en rougissant avec tous les absorbeurs UV à part l’oxyde de fer
37
0 200 400 600 800 1000
-20
-15
-10
-5
0
L
*
Durée d'exposition UV (h)
Controle (sapin) AF 7240 seule 5% Rhod 3% Tin 1 5% Tin 5 1% Homb 3 1% Homb 4 1% Ox j 1% Ox r
Exposition aux rayonnements UV (finition intérieure)
Variations de la clarté L*
• Le sapin seul ou couvert d’une finition s’assombrit au cours d’exposition UV.
38
Vieillissement avec humidité
Absorbeur UV336 h
840 h
E*Craquelage
Rugosité
Apparence générale
Contrôle (sapin) 30 - 3 5
SC 2321/85 seule 22 3 3 4
5% Rhod 27 3 3 4
1% Homb 4 16 1 1 1
1% OX r 12 2 2 3
5% Tin 5 11 0 1 1
2% Rhod+2% Tin 5
13 0 1 2• Apparition de craquelures avec les absorbeurs UV inorganiques
Comparaison des paramètres de vieillissement avec humidité (Finition d’extérieur) pour les différents absorbeurs UV sur le sapin
39
Application sur l’essence de chêne
40
Note :
L’application des finitions aqueuses modifie fortement la couleur des échantillons de bois de chêne
- Migration des extractibles en surface
- Interaction des substances extractibles avec la finition
Finition
AF 5350
L* a* b*
Sapin Chêne Sapin Chêne Sapin Chêne
Brut 81 65 3 6 20 21
Finition seule -1 -6 0 4 4 7
1% Homb 4 -1 -5 1 5 5 -6
5% Rhod -3 -15 1 6 6 -5
5% Tin 5 -5 -10 1 5 4 7
Variations des paramètres de couleur par rapport au bois brut.
41
Exposition aux rayonnements UV (finition intérieure)
Variations totales de la couleur E*
0 200 400 600 800 10000
2
4
6
8
10
12
E
*
Durée d'exposition UV (h)
Contrôle (chêne) AF 5350 seule 5% Rhod 1% Homb 4 3% Tin 1 5% Tin 5 1% RNE 2% Rhod+2% Tin 5
• Variations brutales de la couleur au bout de 24 h d’exposition UV puis stabilisation
42
Exposition aux rayonnements UV (finition intérieure)
Variations des coordonnées chromatiques (a*, b*)
-8
-4
0
4
8
-4 0 4
bois brut (chêne)
AF 7240 seule
5% Rhod
5% Tin 5
1% Homb 4
1% Ox r
b*+jaune
a*+rouge
T=845h
T=845h
• Le bois de chêne seul ne jaunit pas, contrairement aux systèmes d’absorbeurs UV (problème de lessivage des tannins !).
43
0 200 400 600 800 1000
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
L*
Durée d'exposition UV (h)
Contrôle (chêne) AF 7240 seule 5% Rhod 3% Tin 1 5% Tin 5 1% Homb 3 1% Homb 4 1% Ox j 1% Ox r
Exposition aux rayonnements UV (finition intérieure)
Variations de la clarté L*
• Contrairement au sapin, le bois de chêne tend à s’éclaircir pour les longues irradiations.
44
Vieillissement avec humidité
Absorbeur UV 336 h 840 h
E* Craquelage Rugosité Apparence générale
Contrôle (chêne) 20 - 3 5
SC 2321/85 seule 18 4 3 4
5% Rhod 9 3 3 3
1% Homb 4 10 2 3 3
5% Tin 5 10 0 1 2
2% Rhod+2% Tin 5 13 0 1 2
Isolant+5% Rhod 6 5 3 5
Isolant+1% Homb 4 3 1 1 2
Isolant+5% Tin 5 2 1 1 2
Comparaison des paramètres de vieillissement avec humidité (finition extérieure) pour les différents absorbeurs UV sur le chêne
• Seuls les absorbeurs organiques empêchent l’apparition des craquelures
• L’ajout d’une couche barrière permet une meilleure photostabilisation
45
Ce que nous pouvons retenir :
• Les absorbeurs UV inorganiques de 2ème génération n’ont pas une influence significative sur la photostabilisation
• En exposition UV, les Tinuvins et les Hombitecs permettent une meilleure photostabilisation du bois,
• Mais, en vieillissement avec humidité, les Hombitecs n’empêchent pas l’apparition des craquelures
Qu’est-ce qui peut jouer sur les performances de photostabilisation des absorbeurs UV ?
46
1. Origine et impact de la dégradation du bois
2. Stratégies de photostabilisation
Sommaire
Introduction
Etude de cas et performances
Comment influent les absorbeurs UV sur la photostabilisation ?1. Protection UV
2. Influence des absorbeurs UV sur le comportement photochimique3. Influence sur les propriétés physico-mécaniquesConclusions-questions sans réponse et perspectives
1. Nouvel absorbeur UV minéral
2. Vieillissement et performances de photostabilisation
Comment influent les absorbeurs UV sur la photostabilisation ?
47
Analyses UV-visible- Films libres secs de finitions d’épaisseur 0,15 mm supportés par des fenêtres en quartz
1. Protection UV
Note : La densité optique réelle des revêtements appliqués sur le bois correspond environ au 1/5 de celle des films analysés.
Spectromètre UV-visible,
Lambda 16, Perkin Elmer
48
300 400 500 600 7000,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
Ab
sorb
an
ce (
ua
)
l (nm)
AF 5350 seule 1% RNE 2,5% Rhod 5% Rhod 1% Homb 3 1% Homb 4 3% Tin 1 5% Tin 4 2% Rhod+2% Tin 5
Spectres UV-visible des différents systèmes d’absorbeurs UV-finition d’intérieur AF 5350
• Meilleur pouvoir photoprotecteur des absorbeurs UV organiques et les Hombitecs (avec mauvaise transparence)
• Faible pouvoir photoprotecteur du RNE et du Rhodigard
49
300 400 500 600 7000
1
2
3
Ab
sorb
an
ce (
ua
)
Longueur d'onde l (nm)
SC 2321/85 seule 2,5% Rhod 5% Rhod 3% Tin 1 5% Tin 5 2% Rhod+2% Tin 5
Spectres UV-visible des différents systèmes d’absorbeurs UV-finition d’extérieur SC 2321/85
• Mêmes résultats que pour la finition AF 5350
Ces résultats sont corrélés avec ceux de stabilité de couleur (en exposition UV) Importance du pouvoir photoprotecteur
50
Dispositif expérimental Spectroscopie RPE
Analyse RPEBâtonnets de bois de dimensions 30*3*3 mm3 :
- bois non couvert
- bois imprégné dans la finition d’intérieur AF 5350 contenant un absorbeur UV (Rhodigard, Hombitec RM 400 et Tinuvin 5151).
2. Influence des absorbeurs UV sur le comportement photochimique
Irradiation de la cavité échantillon
51
Allure de l’évolution du signal RPE avec l’irradiation UV
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 35000
50
100
150
200
250
300In
ten
sité
(u
a)
Durée d'exposition UV (s)
)τ
t()I(III statstatt exp0
Istat
I0
52
10
100
1000
0 370 616 986 1109 1848 2711 3573 3600
Durée d'exposition UV (s)
Inte
nsité
(u.
a) Sapin témoin
5% Rhod
1% Homb 4
5% Tin 5
• L’ajout des absorbeurs UV à la finition diminue fortement la concentration en espèces radicalaires lors de l’irradiation.
Variation de l’intensité du signal RPE avec le temps d’irradiation des différents absorbeurs UV dans la finition (Finition d’intérieur) AF 5350
Cas du bois de sapin
53
Variation de l’intensité du signal RPE avec le temps d’irradiation des différents absorbeurs UV dans la finition AF 5350 :
Système I0 Istat
(ua)(m
n)
(Istat -I0)/I0
Sapin
Sapin témoin
514,8
827,0 38,4 0,6
5% Rhod 19,2 127,1 17,3 5,6
1% Homb 4
39,2 65,6 49,0 0,7
5% Tin 5 46,1 95,3 44,2 1,1
• Les absorbeurs UV n’influent pas la cinétique ( ou )
• Ils influent sur la diminution des radicaux à t0 ou à l’infini (I0 ou Istat)
Paramètres de
modélisation
54
Dispositif expérimental
Appareil Mettler TMA/SDTA 840
• Analyses TMA sur des films libres de finition (6*10*0,15 mm3) en mode tension.
1. Analyses TMA
3. Influence sur les propriétés physico-mécaniques
Méthode :
• Charge dynamique : 0,1 à 0,5 N
• Température : 25 à 120°C (10°C/mn)
55
Tg
Détermination du module d’élasticité E (calculée directement par le
logiciel Stare selon les dimensions de l’échantillon :LA
LFE
0
Détermination de la Tg
Note : Les résultats sont les moyennes au moins 3 échantillons
56
Système de finition
E0 (MPa)Avant
vieillissement
E après 504 h de vieillissement
humide
E504/E0
Finition seule 41 91 2
5% Rhod 30 60 2
1% Homb 3 32 75 2
1% Homb 4 40 113 3
2% Rhod+ 2% Tin 5
3 67 22
3% Tin 1 3 22 7
5% Tin 5 3 40 13
Module d’Young E des films de finition d’extérieur (SC 2321/85) avant et après 504h de vieillissement
• Fort module d’élasticité pour les absorbeurs inorganiques avant vieillissement
• Le vieillissement provoque une augmentation du module + importante pour les absorbeurs UV organiques
Mauvaise flexibilité des films (la finition n’est pas capable de suivre les variations dimensionnelles du bois).
57
SC 2321/85 seule
8
10
12
14
16
18
20 40 60 80 100Temperature (°C)
Elo
ng
atio
n (
10
00
*µm
) Etat vitreux Transition Etat caoutchouteux
Tg
Les différents états d’un film de finition suivant la valeur de la Tg
• Si Tg > T utilisation film dans l’état vitreux peu flexible• Si Tg < T utilisation film dans l’état caoutchouteux élastique
58
0 100 200 300 400 500
50
55
60
65
70
75
80
Tg
(°C
)
Durée de vieillissement avec humidité (h)
SC 2321/85 seule 2,5% Rhod 5% Rhod 5% Tin 5 3% Tin 1 2% Rhod+2% Tin 5 1% Homb 3 1% Homb 4
Variation de la Tg pour la finition d’extérieur SC 2321/85 en vieillissement avec humidité
• La Tg des films de finition contenant les absorbeurs UV inorganiques est plus forte que celle des films contenant les absorbeurs organiques
Tg très forte >> T utilisation état vitreux des films
59
0 100 200 300 40020
30
40
50
60
70
80
90
Tg
(°C
)
Durée d'exposition UV (h)
AF 5350 seule 2,5% Rhod 5% Rhod 5% Tin 5 3% Tin 1 2% Rhod+2% Tin 5 1% Homb 3 1% Homb 4 1% RNE
Variation de la Tg pour la finition d’intérieur
AF 5350 (d’intérieur) durant l’exposition UV
• Mêmes résultats que pour la finition SC 2321/85
60
Dispositif expérimental
Appareil des tests mécaniques
Analyses mécaniques des films libres de finition en mode traction
2. Tests mécaniques
61
Finition Absorbeur UV Résistance à la traction
(MPa)
Déformation à la rupture (%)
AF 5350
Finition seule 6 197
5% Rhod 7 182
3% Tin 1 7 225
5% Tin 5 3 224
2% Rhod+2% Tin 5
7 192
AF 7240 Finition seule 5 99
5% Rhod 4 140
3% Tin 1 5 148
5% Tin 5 6 139
2% Rhod+2% Tin 5
4 104
Comparaison de l’influence des absorbeurs UV sur le comportement mécanique des films de finition
• Avec les absorbeurs UV organiques, les films de finition sont plus flexibles (déformation à la rupture + importante)
62
En conditions extérieures (déformation du bois) :
Films peu flexiblesCorrélation avec l’apparition des craquelures en vieillissement
extérieur
Les absorbeurs UV
inorganiques
• Forts modules d’élasticité• Tg > T utilisation film dans l’état vitreux • Faible déformation à la rupture
63
1. Origine et impact de la dégradation du bois
2. Stratégies de photostabilisation
Sommaire
Introduction
Etude de cas et performances
Comment influent les absorbeurs UV sur la photostabilisation ?1. Protection UV
2. Influence des absorbeurs UV sur le comportement photochimique3. Influence sur les propriétés physico-mécaniquesConclusions-questions sans réponse et perspectives
1. Nouvel absorbeur UV minéral
2. Vieillissement et performances de photostabilisation
Conclusions-questions sans réponse et perspectives
64
• Malgré des qualités optiques et non photocatalytiques satisfaisantes, le RNE ne présente pas une photostabilisation significative du substrat bois
Les qualités optiques et non photocatalytiques sont nécessaires MAIS
Pas suffisantes pour obtenir un bon absorbeur UV inorganique
(qualité de la dispersion, réactions absorbeur UV-résine-bois…) ?
• Les performances de photostabilisation (en exposition UV seule) sont bien corrélées avec les capacités d’absorption de la lumière UV par les absorbeurs UV et la limitation des phénomènes radicalaires (cas du bois de sapin).
• Sur le bois de chêne, la situation est un peu différente : réactions absorbeur UV-résine-tannins possibles ?
Conclusions
65
Les absorbeurs UV inorganiques font augmenter la Tg au cours du vieillissement, les organiques la font diminuer (plastification) :
Une des causes probables de l’apparition des craquelures en vieillissement humide ?
• Les absorbeurs UV inorganiques peuvent améliorer la stabilité de couleur, surtout en exposition UV seule (cas de l’Hombitec),
Mais,
Contrairement aux absorbeurs UV organiques, n’empêchent pas l’apparition des craquelures en vieillissement avec humidité.
• La Tg de la finition extérieure commerciale testée paraît trop élevée pour assurer une flexibilité satisfaisante des films dans des conditions normales d’utilisation.
66
• D’autres composés inorganiques sont en cours de tests (un produit expérimental synthétisé par ICMCB semble prometteur)
• Tenir compte des avantages secondaires des absorbeurs UV inorganiques
- moindre toxicité,
- pour les films de finition : dureté, résistance à la rayure, scratch…
Perspectives
• Eliminer les problèmes d’interaction absorbeur UV-bois-vernis-type de vieillissement (vernis spécifiques, utilisation spécifique…)
• Maîtriser la nanodispersion (dispersion stable, pas de réagglomération…)
• Vérifier la répartition des nanoparticules à la surface du bois et en cours du vieillissement (microscopie…)
67Merci pour votre attention